高中 化學 選擇性必修2 物質(zhì)結構與性質(zhì) 第一章 原子結構與性質(zhì)《 第一節(jié) 第3課時 泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理》課件

第3課時泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理

第一章第一節(jié)原子結構1.認識基態(tài)原子中核外電子排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特規(guī)則。2.能結合能量最低原理、泡利原理、洪特規(guī)則書寫1～36號元素基態(tài)原子的核外電子排布式和軌道表示式，并說明含義。課程標準任務一核外電子的排布規(guī)則1任務二原子核外電子排布的表示2隨堂演練3內(nèi)容索引課時測評4任務一核外電子的排布規(guī)則問題1：某同學寫出碳原子的基態(tài)軌道表示式為

，是否正確？若不正確，違背了什么原則？提示：問題1：不正確；違背了泡利原理和洪特規(guī)則。問題2：寫出基態(tài)碳原子的軌道表示式并據(jù)此判斷基態(tài)碳原子核外有多少種運動狀態(tài)的電子？有多少種空間運動狀態(tài)的電子？有幾個未成對電子？與碳同周期的元素中未成對電子數(shù)最多的是哪種？提示：

6；4；2；N。問題探究問題3：查閱元素周期表可知，基態(tài)Cr原子的價層電子排布式為3d54s1，而不是3d44s2，為什么？提示：能量相同的原子軌道在全充滿、半充滿、全空時，體系能量較低。問題4：試寫出基態(tài)銅原子的核外電子排布式和價層電子排布圖。提示：[Ar]3d104s1，

。1．電子自旋與泡利原理(1)電子自旋：自旋是電子的內(nèi)在屬性，電子自旋在空間有順時針和逆時針兩種取向，簡稱自旋相反，常用上下箭頭(↑和↓)表示自旋相反的電子。(2)泡利原理：在一個原子軌道里，最多只能容納2個電子，它們的自旋______，這個原理稱為泡利原理。新知構建相反2．洪特規(guī)則(1)內(nèi)容：基態(tài)原子中，填入簡并軌道(能量相同的原子軌道)的電子總是先單獨分占，且自旋______，稱為洪特規(guī)則。(2)特例：在簡并軌道上的電子排布處于________、________和全空狀態(tài)時，具有較低的能量和較大的穩(wěn)定性。相對穩(wěn)定的狀態(tài)如：Cr的電子排布式為___________，而不是[Ar]3d44s2。平行全充滿半充滿[Ar]3d54s13．能量最低原理(1)內(nèi)容：在構建基態(tài)原子時，電子將盡可能地占據(jù)__________的原子軌道，使整個原子的能量最低。(2)影響原子能量的因素：整個原子的能量由核電荷數(shù)、電子數(shù)和電子狀態(tài)三個因素共同決定。能量最低1．正誤判斷，錯誤的說明原因。(1)當電子排布在同一能級的不同軌道時，總是優(yōu)先單獨占據(jù)一個軌道，而且自旋方向相反。答案：錯誤，當電子排布在同一能級的不同軌道時，總是優(yōu)先單獨占據(jù)一個軌道，且自旋方向相同。(2)1個原子軌道里最多容納2個電子，且自旋方向相同。答案：錯誤，根據(jù)泡利原理，1個原子軌道里最多容納2個電子，且自旋方向相反。應用評價(3)如果硫原子核外電子排布圖為

，則違反了泡利原理。答案：錯誤，如果硫原子核外電子排布圖為

，則違反了洪特規(guī)則。(4)如果25號Mn元素的基態(tài)原子電子排布式為1s22s22p63s23p63d7，則違反了能量最低原理。答案：正確。(5)氮原子的核外電子排布圖為

，符合洪特規(guī)則和泡利原理。答案：正確。2．(1)下列是一些原子的2p能級和3d能級電子排布的情況。試判斷，違背了泡利原理的是____(填序號，下同)，違背了洪特規(guī)則的是________。③②④⑥同一軌道中不應有自旋狀態(tài)相同的電子，③違背了泡利原理；②中單電子自旋狀態(tài)應相同，④中5個電子應分占5個軌道，⑥中單電子自旋狀態(tài)應相同，所以②④⑥違背了洪特規(guī)則。(2)某元素的激發(fā)態(tài)(不穩(wěn)定狀態(tài))原子的電子排布式為1s22s22p63s13p33d2，則該元素基態(tài)原子的電子排布式為________________；其最高價氧化物對應水化物的化學式是________。1s22s22p63s23p4H2SO43s、3p能級的能量小于3d，激發(fā)態(tài)為1s22s22p63s13p33d2，則基態(tài)應為1s22s22p63s23p4。此原子核外電子數(shù)為16，其質(zhì)子數(shù)也為16，該元素為硫元素，其最高價氧化物對應水化物的化學式是H2SO4。(3)現(xiàn)有下列多電子原子的原子軌道：①2s

②3d

③3s

④4p

⑤3p軌道能量由低到高排列的順序是____________(填序號)。①③⑤②④返回任務二原子核外電子排布的表示原子核外電子排布的多種表達方式：按要求完成下列填空：問題1：11Na的電子排布式為_____________；問題2：20Ca的最外層電子排布式為_____；問題3：35Br－的離子結構示意圖為_______；問題4：8O的軌道表示式為_________________；問題5：9F的最外層軌道表示式為____________。情境探究1s22s22p63s14s211Na的電子排布式：1s22s22p63s1；20Ca的電子排布式：1s22s22p63s23p64s2，其最外層電子排布式為4s2；35Br－的離子結構示意圖為

；8O的電子排布式為1s22s22p4，其軌道表示式為

；9F的電子排布式為1s22s22p5，其最外層軌道表示式為

。歸納總結電子排布式含義用數(shù)字在能級符號右上角標明該能級上排布的電子數(shù)，這就是電子排布式意義能直觀反映出核外的電子層、能級及各能級上的電子數(shù)實例K：1s22s22p63s23p64s1簡化電子排布式含義為了避免電子排布式書寫過于繁瑣，把內(nèi)層電子達到稀有氣體原子結構的部分以相應稀有氣體元素符號外加方括號表示意義避免書寫電子排布式過于繁瑣實例K：[Ar]4s1歸納總結軌道表示式含義每個方框代表一個原子軌道，每個箭頭代表一個電子意義能直觀反映出電子的排布情況及電子的自旋狀態(tài)實例Al：

1．正誤判斷，錯誤的說明原因。(1)原子核內(nèi)有10個中子的氧原子：

O。答案：錯誤，原子核內(nèi)有10個中子的氧原子的質(zhì)量數(shù)為10＋8＝18，應該表示為

O。(2)氯原子的結構示意圖：

。答案：錯誤，氯原子核外電子總數(shù)為17，則氯原子的結構示意圖為

。(3)Fe3＋的最外層電子排布式：3s23p63d5。答案：正確。應用評價(4)基態(tài)銅原子的價層電子軌道表示式：

。答案：錯誤，Cu是29號元素，其原子核外有29個電子，基態(tài)原子價層電子排布式為3d104s1，圖示中3d和4s能級電子數(shù)目不符，基態(tài)銅原子的價層電子軌道表示式為

。2．下列軌道表示式中，能正確表示元素X的原子處于最低能量狀態(tài)的是若元素X的原子處于最低能量狀態(tài)，則其核外電子排布符合能量最低原理、泡利原理和洪特規(guī)則。A、B項違背洪特規(guī)則，C項表示元素的原子處于激發(fā)態(tài)，違背能量最低原理?！谭祷仉S堂演練1．(2023·四川廣元高二?？计谥?下列基態(tài)原子的電子排布圖中，違反了泡利原理的是√A.2p軌道電子排布違背洪特規(guī)則，不符合題意；B.2s軌道電子排布違背泡利不相容原理，即同一個軌道中，兩個電子應自旋相反，符合題意；C.電子排布遵循能量最低原理、泡利原理和洪特規(guī)則，不符合題意；D.2s軌道沒有填充滿，違背能量最低原理，不符合題意；選B。2．下列說法不正確的是A．基態(tài)原子的核外電子填充在6個軌道中的元素有兩種B．碳原子的核外電子軌道表示式：

C．基態(tài)鉀離子(K＋)，電子占據(jù)的最高能級共有3個原子軌道，其形狀是啞鈴形D．基態(tài)銅原子的電子占有5種能量不同的原子軌道√原子核外電子填充在6個軌道上的元素可能的電子排布式為1s22s22p63s1或1s22s22p63s2，所以有兩種元素，故A正確；碳原子有6個電子，它的核外電子軌道表示式：

，故B正確；基態(tài)鉀離子(K＋)的電子排布式為1s22s22p63s23p6，電子占據(jù)的最高能級共有3個原子軌道，其形狀是啞鈴形，故C正確；基態(tài)銅原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s1，電子占有7種能量不同的原子軌道，故D錯誤；故答案選D。3．在d軌道中電子排布成

，而不排布成

，最直接的根據(jù)是A．能量最低原理

B．泡利不相容原理C．洪特規(guī)則特例

D．洪特規(guī)則√能量最低原理就是指核外電子總是盡可能先占能量最低的軌道，只有當能量最低軌道被占滿后，電子才依次進入能量較高軌道，與題意不符合，A項錯誤；泡利不相容原理指的是在原子中不能容納運動狀態(tài)完全相同的電子，與題意不符合，B項錯誤；洪特規(guī)則特例指的是全滿或半滿更穩(wěn)定，與題意不符，C項錯誤；當電子排布在同一能級的不同軌道時，基態(tài)原子中的電子總是優(yōu)先單獨占據(jù)一個軌道，且自旋狀態(tài)相同，稱為洪特規(guī)則，根據(jù)題干知，4個電子占據(jù)不同的軌道且自旋方向相同，所以其根據(jù)是洪特規(guī)則，D項正確；答案選D。4．近期我國科研工作者研究的金屬—氮—碳優(yōu)異電催化CO2還原催化劑取得新進展?；卮鹣铝袉栴}：(1)14C可用于考古，其中子數(shù)為_______，該基態(tài)原子價層電子軌道表示式為____________。14C的質(zhì)子數(shù)是6，質(zhì)量數(shù)為14，中子數(shù)＝質(zhì)量數(shù)－質(zhì)子數(shù)＝14－6＝8，該基態(tài)原子價層電子軌道表示式為

；8(2)研究發(fā)現(xiàn)鈷—氮—碳優(yōu)異電催化CO2還原催化劑活性最高，金屬鈷的核外電子排布式為__________________________________；基態(tài)Co未成對電子數(shù)為____。鈷是27號元素，金屬鈷的核外電子排布式為

3d74s2或1s22s22p63s23p63d74s2；基態(tài)Co的3d軌道有3個軌道存在未成對電子，故未成對電子數(shù)為3；3(3)基態(tài)N原子中，電子占據(jù)的最高能層符號為____，該能層具有的原子軌道數(shù)為____，電子數(shù)為____。基態(tài)N原子價層電子排布式為2s22p3，可知電子占據(jù)的最高能層符號為L，該能層具有的原子軌道數(shù)為4，電子數(shù)為5。L45返回課時測評題點一泡利原理、洪特規(guī)則、能量最低原理的應用1．下列對電子排布式或軌道表示式書寫的評價錯誤的是√選項電子排布式或軌道表示式評價ABr－的電子排布式：[Ar]3d104s24p6錯誤；違反能量最低原理BO原子的軌道表示式：

錯誤；違反洪特規(guī)則CK原子的電子排布式：1s22s22p63s23p63d1錯誤；違反能量最低原理DF原子的軌道表示式：

錯誤；違反泡利不相容原理Br－的電子排布式：[Ar]3d104s24p6，正確，評價錯誤，故A錯誤；電子應先充滿同能級的軌道，違反了洪特規(guī)則，評價正確，故B正確；K原子的電子排布式：1s22s22p63s23p64s1，違反能量最低原理，評價正確，故C正確；泡利不相容原理：每個原子軌道上最多只能容納2個自旋狀態(tài)相反的電子，違反泡利不相容原理，評價正確，故D正確；故選A。2．下列各微粒的電子排布式或價層電子排布圖不符合能量最低原理的是A．Fe2＋

1s22s22p63s23p63d6B．S

1s22s22p63s24p4C．FD．Na＋√Fe2＋核外電子數(shù)為24，由能量最低原理，可知核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d6，故A符合能量最低原理；S的核外電子排布式應為1s22s22p63s23p4，故B不符合能量最低原理；F原子最外電子層為第二電子層，有7個電子，價層電子排布式為2s22p5，由能量最低原理、泡利原理與洪特規(guī)則可知，價層電子排布圖為

，故C符合能量最低原理；Na＋最外電子層為第二電子層，有8個電子，價層電子排布式為2s22p6，由能量最低原理、泡利原理與洪特規(guī)則可知，Na＋價層電子排布圖為

，故D符合能量最低原理。3．若將基態(tài)6C的電子排布式寫成1s22s22p，它違背了A．能量守恒原理

B．泡利原理C．能量最低原理

D．洪特規(guī)則√題點二電子排布式的書寫與應用4．下列基態(tài)原子或離子的核外電子排布式或軌道表示式錯誤的是A．Na＋：1s22s22p63s1B．F：1s22s22p5C．N3－：D．Ar：1s22s22p63s23p6√基態(tài)Na＋的核外電子排布式應為1s22s22p6，A項錯誤。5．(2023·山西運城高二統(tǒng)考期中)人們對原子結構的認識為元素周期律找到了理論依據(jù)。下列關于原子結構的說法正確的是A．光是電子躍遷吸收能量的重要形式B．基態(tài)Cr原子的電子排布式

3d54s1遵循構造原理C．軌道表示式

違背了洪特規(guī)則D．某種基態(tài)原子中可能存在運動狀態(tài)完全相同的電子√光是電子躍遷釋放能量的重要形式，A錯誤；根據(jù)構造原理，電子應優(yōu)先填充4s能級，然后填充3d能級，基態(tài)Cr原子的電子排布式

3d54s1中，4s能級還未填滿，不遵循構造原理，B錯誤；

違背了洪特規(guī)則，應為

，C正確；電子填充在不同的能層，能層又分不同的能級，同一能級又有不同的原子軌道，每個軌道中最多可以填充兩個電子，自旋相反，在一個基態(tài)多電子的原子中，不可能有兩個運動狀態(tài)完全相同的電子，D錯誤；故選C。題點三軌道表示式的書寫與應用6．下列硼原子軌道表示式表示的狀態(tài)中，能量最高的是原子核外電子排布中，如果電子所占的軌道能級越高，該原子能量越高，根據(jù)題圖知，電子排布能量較高的是2s、2p能級，能量最高的是2p能級，有3個電子，C和A相比，C符合洪特規(guī)則能量較低，所以能量最高的是A?！?.以下核外電子的表示方法中，能表示該微粒處于能量最低狀態(tài)的是A.N：B.F-：C.Fe：[Ar]3d54s2D.Cu：3d94s2√N：

不符合洪特規(guī)則，2p軌道上的3個電子應占據(jù)三個軌道時能量最低，選項A錯誤；F－：

為氟離子的電子排布圖，且處于能量最低狀態(tài)，選項B正確；Fe是26號元素，而非25號元素，電子排布式為[Ar]3d64s2，選項C錯誤；Cu：3d94s2為銅原子的激發(fā)態(tài)，不能表示該微粒處于能量最低狀態(tài)，能量最低狀態(tài)應為3d104s1，選項D錯誤；答案選B。題點四未成對電子的判斷和應用8.下列微粒中，最外層未成對電子數(shù)最多的是A．S B．AsC．Mn D．Fe3＋√各微粒的未成對電子數(shù)分別為S：2個，As：3個，Mn：5個，F(xiàn)e3＋：5個，但Mn的最外層電子排布式為4s2，故D符合題意。9.在前四周期元素中，基態(tài)原子有3個未成對電子的元素種數(shù)為A．3 B．4C．5 D．6√在前四周期元素中，基態(tài)原子有3個未成對電子的元素分別為N、P、As、V、Co，共5種元素。10.基態(tài)原子的4s能級中只有1個電子的元素共有A．1種 B．2種

C．3種 D．8種基態(tài)原子4s能級中只有1個電子的元素有：K、Cr、Cu。√11.(2023·山東濟寧高二統(tǒng)考期中)某基態(tài)原子的核外電子排布式為3d104s24p4，下列說法中錯誤的是A．該元素原子核外共有34個運動狀態(tài)不同的電子B.該元素原子價層電子排布式為3d104s24p4C.該元素原子核外電子有18種空間運動狀態(tài)D.該元素原子核外有8種能量不同的電子√根據(jù)泡利不相容原理，一個原子中不可能存在運動狀態(tài)完全相同的兩個電子，原子核外有多少個電子，就有多少種運動狀態(tài)。該元素是硒，硒原子有34個電子，原子核外應該有34個運動狀態(tài)不同的電子，A正確；主族元素原子的價層電子是最外層電子，硒原子的價層電子排布式應該為4s24p4，B錯誤；量子力學將核外電子的一種空間運動狀態(tài)叫做一個原子軌道，基態(tài)硒原子的核外電子共占據(jù)了18個原子軌道，其核外電子有18種空間運動狀態(tài)，C正確；決定電子能量的因素是能層和能級，原子核外電子占據(jù)了多少個能級，其能量就有多少種?；鶓B(tài)硒原子的核外電子占據(jù)的能級有1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s和4p，所以，該原子核外有8種能量不同的電子，D正確；故選B。12.下表列出了核電荷數(shù)為21～25的元素的最高正化合價，回答下列問題：元素名稱鈧鈦釩鉻錳元素符號ScTiVCrMn核電荷數(shù)2122232425最高正化合價＋3＋4＋5＋6＋7(1)寫出下列元素基態(tài)原子的核外電子排布式：Sc：________________________________；Ti：________________________________；V：_________________________________；Cr：_________________________________；Mn：________________________________。1s22s22p63s23p63d14s2(或[Ar]3d14s2)1s22s22p63s23p63d24s2(或[Ar]3d24s2)1s22s22p63s23p63d34s2(或[Ar]3d34s2)1s22s22p63s23p63d54s1(或[Ar]3d54s1)1s22s22p63s23p63d54s2(或[Ar]3d54s2)元素名稱鈧鈦釩鉻錳元素符號ScTiVCrMn核電荷數(shù)2122232425最高正化合價＋3＋4＋5＋6＋7(2)對比上述五種元素原子的核外電子排布式與元素的最高正化合價，你發(fā)現(xiàn)的規(guī)律是__________________________________________________________________________________，出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因是_____________________________________。

五種元素的最高正化合價等于各元素基態(tài)原子的最高能層s電子和次高能層d電子數(shù)目之和能級交錯使得d電子也參與了化學反應元素名稱鈧鈦釩鉻錳元素符號ScTiVCrMn核電荷數(shù)2122232425最高正化合價＋3＋4＋5＋6＋713.有A、B、C、D四種短周期主族元素，它們的原子序數(shù)依次增大，其中A元素原子核外僅有一個非空原子軌道，也是宇宙中最豐富的元素；B元素原子核外p電子數(shù)比s電子數(shù)少1；C為金屬元素且原子核外p電子數(shù)和s電子數(shù)相等；D元素的原子核外所有p軌道為全充滿或半充滿狀態(tài)。(1)寫出四種元素的元素符號：A：______，B：_______，C：_______，D：_____。HNMgP(2)寫出C、D兩種元素基態(tài)原子的軌道表示式：C：_________________。D：________________________。(3)B元素的單質(zhì)的電子式為________，其簡單氫化物的電子式為______。A是宇宙中最豐富的元素，且原子核外僅有一個非空原子軌道，則A為氫元素；B元素基態(tài)原子的核外電子排布式為1s22s22p3，則B為氮元素；C元素基態(tài)原子的核外電子排布式為1s22s22p63s2，則C為鎂元素；D元素基態(tài)原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p3，則D為磷元素。14.已知A原子中只含1個電子；B原子的3p軌道上得到1個電子后不容納外來電子；C原子的2p軌道上有1個電子的自旋狀態(tài)與其他電子的自旋狀態(tài)相反；D原子的第三能層上有8個電子，第四能層上只有1個電子；E原子的價層電子排布式為3s23p6。(1)按要求書寫下列圖式：①B的原子結構示意圖：________。②C原子的軌道表示式：_____________。③D原子的核外電子排布式：____________________________。④B離子的電子式：_________。1s22s22p63s23p64s1(或[Ar]4s1)(2)寫出由A、B、C、D中的三種元素組成的化合物的化學式：___________________________________________________________(至少寫出5種)。由題意可知，A為H，B為Cl，C為O，D為K，E為Ar。(2)由H、Cl、O、K中的三種元素組成的化合物可以是酸，如HClO、HClO2、HClO3、HClO4；也可以是堿，如KOH；還可以是鹽，如KClO、KClO2、KClO3、KClO4等。KClO、KClO3、HClO、HClO3(其他合理答案也可)KOH、(3)寫出由上述元素組成的物質(zhì)制得A單質(zhì)的化學方程式：_______________________________________________________________(至少寫出2個)。由題意可知，A為H，B為Cl，C為O，D為K，E為Ar。

(3)A的單質(zhì)為H2，可以通過電解水、電解KOH溶液或K和水反應等方法來制取。O2↑、2K＋2H2O===2KOH＋H2↑(其他合理答案也可)(4)寫出E的元素符號：________，要證明太陽光中含有E元素，可采用的方法是_________________________。由題意可知，A為H，B為Cl，C為O，D為K，E為Ar。

(4)對太陽光進行光譜分析，便可確定太陽光中所含元素的種類。Ar對太陽光進行光譜分析15.完成下列問題。(1)①基態(tài)Cu原子有____種不同能級的電子?；鶓B(tài)Cu原子核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s1，有7種不同能級的電子；7②N原子中最高能級的電子的電子云輪廓圖為__________。N原子中最高能級的電子處于2p能級，電子云輪廓圖為啞鈴形；啞鈴形③在空氣中FeO穩(wěn)定性小于Fe2O3，從電子排布的角度分析，其主要原因是_________________________________________________________________________________________________。根據(jù)價層電子排布，F(xiàn)e2＋價層電子排布式為3d6，而Fe3＋的價層電子排布式為3d5，為半充滿穩(wěn)定結構，故FeO穩(wěn)定性小于Fe2O3。Fe2＋價層電子排布式為3d6，而Fe3＋的價層電子排布式為3d5，為半充滿穩(wěn)定結構，故FeO穩(wěn)定性小于Fe2O3(2)元素X位于第四周期，其基態(tài)原子有4個未成對電子，基態(tài)X2＋的價層電子排布式是_____；X3＋的價層電子排布式